高富氧大喷煤技术分析

摘要提高煤比是今后我国炼铁的重要任务。富氧对提高煤比的作用在理论和实践中都得到证实。3％～5％的富氧是实现200kg／t以上煤比的必要条件。当今的价格体系使富氧在经济上已可行，变压吸附制氧为高炉用氧提供了新的选择。必须建立完善的高富氧大喷煤技术保障措施，尤其重视风口监测、鼓风湿分的监控以及喷煤系统的完善。

关键词 高炉 富氧鼓风 喷煤

1引言

喷煤是降低焦比的最有效措施。经过几十年的发展，我国的高炉喷煤已达到较高水平，主要表现：一是大多数高炉都配置了喷煤设施，二是宝钢的高炉已连续多年实现200 kg／t煤比。然而，统计结果显示，多年来，全国高炉的平均煤比一直在120kg／t的水平上徘徊，使得焦比居高不下。因此，在生产规模不断扩大、而焦炭价格大幅度上升的情况下，如何有效地提高煤比是今后我国炼铁工作的重要任务。本文从富氧对喷煤的作用，以及实现高富氧大喷煤的技术措施等方面进行分析，探讨提高煤比的有效措施和改进方面，为企业的高煤比实践提供参考。

2富氧的作用

高炉富氧鼓风具有提高煤比的显著作用，这一点无论在理论还是实践上都得到充分的证明。

2．1 富氧对提高煤比的理论分析

(1)对理论燃烧温度的影响。富氧是弥补喷煤后风口燃烧温度降低的有效措施。从维持风口燃烧温度不变的角度计算，根据新13铁、首钢的经验公式，富氧1％可提高煤比22kg／t。

(2)对煤粉燃烧的影响。研究表明，富氧使鼓风中的氧浓度增加，加快了氧向煤粉表面的传递速度，从而促进了煤粉燃烧，提高了煤粉燃烧率。

(3)对改善透气性的作用。富氧1％可使吨铁的煤气量减少4％。因此，当产量保持相对不变时，随富氧率的提高，炉腹煤气量减少，从而降低了压差，改善了透气性，有利于高炉接受高煤量。

2．2富氧的实践效果

由于富氧对提高煤比的作用机理复杂多变，目前在理论上尚无富氧和煤比的准确定量关系。然而，通过不断的实践探索，国内外企业普遍认可富氧对提高煤比的作用，并把其当作实现高煤比不可缺少的技术措施。

例如：英国斯肯索普实现213 kg／t粒煤喷吹的富氧率为8．1％。德国蒂森、日本钢管、神户、君津以及我国的宝钢等实现200kg／t以上煤比的企业，富氧率在3．0％～4．7％。达涅利CORUS的高炉长期保持7％一9％的富氧率，不仅创造了高产指标，同时实现了230kg/t的高煤比(如图l所示)。据不完全统计，2003年，我国超过150kg/t煤比的高炉平均

富氧率为2．3％。

3高富氧大喷煤的目标及分析

3．1 高富氧大喷煤的目标

为了实现最大程度地降低高炉焦比，未来高炉的煤比应在200 kg/t以上。为实现这一目标，除了继续改进炉料结构和质量以及提高风温外，大幅度提高富氧率是必不可少的手段。从目前的状况推断，富氧率3％～5％应是实现煤比200 kg／t以上的必备条件。

另外，从提高高炉生产率的角度考虑，富氧的作用更显著。这也是为什么国内外一些企业不断提高富氧率的原因。因此，高富氧率应当成为未来高炉生产的标志性参数。

3．2现状及可行性分析

虽然富氧鼓风的作用早已被认可。但是长期以来，我国的高炉富氧一直被当作可有可无的操作手段使用。不仅富氧率很低，氧气来源也得不到保证。除个别厂在特定一段时期，具有较高的富氧率外，富氧率普遍<3％，一般仅为1％左右，许多高炉甚至没有富氧设施。造成这种现象的原因是多方面的。首先是成本上的考虑。在前些年的焦炭价格和生铁价格体系下，富氧所带来的增煤节焦效益和增产效益，不能抵消氧气消耗带来的成本上升，因此，在人们头脑中形成了富氧不经济的概念。其次是氧气来源的问题。钢铁厂的氧气是供转炉炼钢使用的工业纯氧，由炼钢的规模决定制氧量，因此，各厂的氧气除供应炼钢外，基本无富裕。

然而，由于目前的焦炭和生铁价格已大幅度提高，而且这种趋势将相对保持下去，富氧在经济上已存在可行性。如以5％的富氧率计算，吨铁富氧量约为60m³。如氧气价格按0．5 元/Nm³计算，则吨铁成本增加30元。如富氧5％可提高煤比80kg/t，节焦72kg／t，则可获得效益40元左右。富氧增产所带来的效益估算为30元。两项效益之和已超过氧气成本的1倍以上。

当然，各厂还应当依据各自的条件进行具体测算。但可以预测的是，在目前的生铁和焦炭价格体系下，富氧的成本能够得到有效的补偿，甚至会是一个赢利效果突出的手段。

3．3 氧气来源

目前富氧鼓风所面临的最大问题应是氧气的供应。现在各厂的富氧基本来自炼钢的剩余氧气。每富氧l％相当于吨铁氧气12Nm³。当富氧5％左右时，吨铁的氧耗相当于转炉吨钢氧耗的70%。一般厂现有的制氧能力显然无法满足高炉高富氧鼓风的需要。

解决的方法是针对高炉鼓风富氧需求，建设专门的制氧设施。目前，有多种制氧方法，包括：高纯深冷法、低纯深冷法、变压吸附法、膜渗透法、液体气化法等。各方法在生产规模、氧气纯度、电耗以及投资等方面各不相同，见表1。由于鼓风富氧并不需要高纯度和高压，对于大型企业来说，可选择低纯深冷法，以满足高富氧率对总氧量的需要。对于中小企业，变压吸附法也可以作为一个较好的选择。

变压吸附法是利用气体在不同的压力下在吸附剂上的吸附能力不同，对空气中各种气体进行分离的一种非低温空气分离技术。其制氧原理是：加压的空气通过吸附剂(分子筛)床。因分子筛中的阳离子对氮的吸附能力比氧大得多，使氮被选择性吸附后分离出氧。当氮被分子筛吸附饱和后，减压使氮脱附，吸附剂便可再生重复利用。两个以上的吸附床轮流切换工作，便可连续生产出氧气。

该方法近年来发展较快。其特点是工艺流程简单、能耗低、投资少等。国内已有企业专门为高炉富氧建立了这种制氧装置，如邯钢在几年前就建了2台4000m³／h的变压吸附制氧机。2005年，通钢1台10000m³／h变压吸附制氧机投产，各项指标均达到设计要求。通钢变压吸附制氧生产指标见表2。

4高富氧大喷煤的技术保障措施

4．1富氧率的计量

高富氧率操作时，必须对富氧率的变化进行严格监控。除了要对加入的氧气量进行计量，还应对鼓风中的氧气量进行在线检测，以消除流量误差、氧气浓度、风量变化等因素对实际富氧率带来的误差。

4．2风口燃烧监测和控制

(1)风口燃烧状态及燃烧温度监测。高富氧大喷煤条件下，风口的燃烧更加复杂多变。因此，必须对风口内的燃烧状态实施更严格的在线监测。监测内容包括：风口内的煤粉燃烧状况、焦炭活跃程度、风口圆周工作均匀性、风口内燃烧温度的准确测量等(见图2)。

(2)鼓风湿分的控制。为稳定高富氧大煤比条件下的风口燃烧状态，必须重视鼓风湿分的影响。要对大气自然湿分进行严格的监测。同时要利用湿分具有的调节炉况直接快速和对煤气流分布无影响的特点，根据需要进行加／减湿分操作。需要明确的是，此时的湿分控制不是传统的加湿鼓风，必须严格控制湿分的调节范围，避免对喷煤等产生不利影响。

对于南方高湿分地区，应设置鼓风脱湿装置，在高湿分季节进行适当的脱湿。对于北方地区的企业，因自然湿分低，没有脱湿的必要。但应在线检测大气湿分的变化，并通过调整其他参数消除其对风口燃烧的影响。南方某厂和首钢的大气湿分变化如图3、图4所示。

4．3喷煤系统的改进和完善

(1)喷吹系统的均匀稳定。高富氧高煤比条件下，喷吹系统的均匀稳定是非常重要的，否则会造成风口内燃烧温度的大幅度波动，破坏高炉顺行。实现均匀稳定喷吹的措施包括：①通过改进喷吹罐内部结构，增加流化等，加强喷吹罐内的固气混合，实现均匀高浓度稳定喷粉。②合理设计管道直径，改进管道布置，消除直角转弯现象。③设置喷煤支管状态监测装置，及时发现喷煤支管不均匀和堵塞现象。④提高分配器的分配精度，设置支管调节阀，保持各支管煤量均匀。设想进一步的目标是通过调节各支管的煤量，实现各风口的煤量与风量匹配，从而保持圆周风口燃烧温度的一致。⑤改进喷枪材质和结构，提高喷枪使用寿命，实现正常无烧枪。

(2)提高燃烧效果。高煤粉燃烧率是维持高煤比的基础。需要从两个方面改进风口内的煤粉燃烧行为：一是对煤种进行选择，使用燃烧性能好的原煤，研究开发有效的煤粉助燃剂；二是改进喷吹方式，推荐使用氧煤枪，以提高煤粉周围的氧浓度，促进燃烧。

4．4其他方面

高富氧大喷煤的高炉操作处于更加强化状态，任何因素的影响更易使炉况波动甚至是失常。因此，必须对反映高炉状况的各种信息进行更全面的监测.例如，应对铁水温度实施连续监测，以定量掌握炉温的变化趋势。目前普遍采用的电偶法点数少，误差大，不能反映趋势。铁水连续测温曲线的光滑程度同时还反映了炉缸工作状态的好坏(见图5)。

应通过对炉顶煤气成分包括煤气水分的连续测量，监测炉内的反应状况和布料效果。对煤气水分及露点的监测还是防止干法除尘布袋结露的最直接控制参数。同时，煤气含水量还是热风炉烧炉的重要参数。

5 结语

综上所述，高富氧对高炉实现高煤比具有不可替代的作用。而目前的价格体系使高富氧鼓风在经济合理性上具备了条件。建议各厂根据具体情况，认真分析评价富氧的作用和效果，选择适宜的制氧方法，大幅度提高鼓风富氧率，以促进煤比的提高。同时，要特别重视高富氧大喷煤的技术保障措施，加强对富氧率及风口燃烧状态的监控，注意和发挥鼓风湿分的影响和作用，改进喷煤系统，实现大喷煤条件下的均匀稳定和高燃烧率。完善高炉在线系统监

测，实现高富氧大喷煤条件下的高炉稳定顺行。